$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
REMARQUE : Le flux de travail global, incluant l’intégration des approches fluides, cinétiques et quantiques-chimiques. Le flux de travail est illustré à la Figure 1 (surlignée dans la case rouge).

Figure 1. Schéma du cadre intégré de simulation pour la lithographie ultraviolette extrême. Abréviations : MLM = miroirs multicouches ; PIC = particule dans la cellule ; BTE = équation de transport de Boltzmann ; EEDF = fonction de distribution d’énergie des électrons. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
1. Simulation de réflectivité MLM
- Configurez des paramètres multicouches. Utilisez les MLM Mo/Si comme collecteurs dans les sources EUV. Définissons la structure de miroir multicouche Mo/Si (MLM) avec les épaisseurs de couche suivantes : Mo (1,950 nm), Mo-on-Si (0,806 nm), Si (3,843 nm) et Si-on-Mo (0,386 nm)15.
- Évaluez les matériaux de protection de surface. Comme la surface Mo/Si est sujette à l’oxydation et à la formation de carbures, ce qui réduit les performances optiques au fil du temps, il faut inclure des revêtements Ru,RuO 2,ZrO 2 etTiO 2 pour évaluer l’oxydation et la résistance aucarbure 16.
- Calculez la réflectivité MLM. Évaluer la réflectivité d’une multicouche Mo/Si avec une couche de condensation Ru à l’aide de données d’indice de réfraction, permettant une évaluation quantitative des compromis entre protection et efficacité optique.



REMARQUE : Les valeurs de δ et β pour différents matériaux sont disponibles au Centre d’optique des rayons X du Lawrence BerkeleyNational Laboratory 17.
- La réflectivité MLM par rapport à la couche de recouvrement Ru : Calculer les variations de réflectivité en fonction de l’épaisseur de la couche de recouvrement à l’aide d’indices de réfraction. Comparez les résultats pour déterminer le compromis entre efficacité optique et durabilité (Figure 2).
- Point de contrôle de sortie et de reproductibilité : Confirmez l’exécution réussie de cette section en générant une courbe réflectivité-épaisseur à 13,5 nm selon la Figure 2 ou les valeurs de référence rapportées par Liu et al.15.

Figure 2. Réflectivité d’une multicouche Mo/Si avec différentes épaisseurs de la couche de recouvrement Ru. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
2. Calcul du rendement par sputtering
- Appliquez la formule Yamamura. Calculons le rendement par sputtering (Y) en utilisant la formule proposée par Yamamura et al.18

- Calculer les sections efficaces d’arrêt. Évaluer les sections efficaces d’arrêt nucléaire (Sn) et électroniques (Se) à l’aide d’équations. (3)–(4).

et
- Déterminez les constantes. Calculez la constante empirique K à l’aide de l’équation (5)

Où Z, 1 et Z2 représentent respectivement le numéro atomique du projectile incident et du matériau cible ; M1 et M2 représentent respectivement la masse du projectile incident et du matériau cible. Er et E th sont respectivement l’énergie réduite et l’énergie seuil, Es est l’énergie de liaison de surface du matériaucible 18.
- Étapes d’exécution : Calculez le rendement du sputtering en exécutant le script Python montré à la Figure 3. Implémentez la formule Yamamura à l’aide du script Python montré à la Figure 4. Assurez-vous que l’ordinateur est équipé de Python 3 et de la bibliothèque NumPy. L’exécution du script Python montré à la Figure 3 génère un fichier texte de deux colonnes nommé yield.dat contenant les résultats calculés de sputtering, comme montré à la Figure 5.
- Point de contrôle de reproductibilité : Confirmez l’exécution réussie de cette section en générant une courbe de rendement sputtering contre énergie incidente pour les ions Sn impactant Ru (Figure 5). Vérifiez que le rendement calculé de sputtering pour Ar sur Ru correspond aux données expérimentales publiées avec un minimum de ±30 %, servant de contrôle d’étalonnage.

Figure 3. Script Python pour calculer le rendement par sputtering. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 4. Script Python pour la formule Yamamura. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 5. Rendements calculés par sputtering de Ar dans Ru et Sn dans Ru. À gauche : Ru ; droite : Sn dans Ru. La formule de Yamamura et al. décrite à l’étape 2.1 a été utilisée. La comparaison entre les simulations actuelles et celles de Wu et al.26 et Laegreid et al.27 est effectuée. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
3. Simulation de la profondeur d’implantation
- Sélectionnez le modèle potentiel. Utilisez le potentiel KrC dans le codeRustBCA 19 pour les interactions ion–solide :

- Définissez la fonction de filtrage. Implémentons Φ(r/a) comme somme de termes exponentiels :
- Exprimez la valeur de a pour le potentiel KrC comme dans l’équation suivante avec d’autres paramètres c i et di à partir du tableau 1.

- Étapes d’exécution : Calculez la profondeur d’implantation en exécutant le script Python montré à la Figure 6, où la commande d’exécution RustBCA est intégrée au script :
- Tapez la commande = « cargo run --release 1D « + Fichier d’entrée
- Ensuite, tapez os.system(command)
- Ouvrez le script Python montré à la Figure 6, définissez les paramètres selon le script, puis exécutez-le pour obtenir un fichier texte à deux colonnes nommé depth.dat, qui contient la profondeur d’implantation calculée.
- Point de contrôle de reproductibilité : Confirmez l’exécution réussie de cette section en générant une profondeur d’implantation moyenne de Sn (Figure 7).
| c1 | c2 | c3 | d1 | d2 | d3 |
| 0.19095 | 0.47367 | 0.33538 | 0.27854 | 0.63717 | 1.91925 |
Tableau 1 : Les paramètres ci et d i impliqués dans le potentiel KrC.

Figure 6. Script Python pour calculer la profondeur d’implantation. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 7. Profondeur d’implantation calculée des ions Sn dans des miroirs multicouches Ru-Mo-Si. Gauche : Distribution de profondeur d’implantation de 10 000 ions Sn incidents à deux énergies incidentes, 2,0 keV (jaune) et 3,0 keV (bleu) ; À droite : La profondeur moyenne d’implantation de Sn. Calculée par le potentiel KrC implémenté dans RustBCA décrit par l’étape 3.1 du protocole. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
4. Calcul de la puissance d’arrêt
- Modéliser l’hydrogène comme gaz tampon. Pour atténuer les dommages causés par les ions keV Sn aux MLM, introduire l’hydrogène comme gaz tampon.
REMARQUE : Ainsi, la puissance d’arrêt et le sputtering des ions keV Sn en présence d’hydrogène et de surfaces MLM restent des enjeux critiques.
- Utilisez des potentiels basés sur la DFT. Ajustez les potentiels interatomiques calculés pour les systèmes hydrogène–métal aux formes de potentiel Ziegler–Biersack–Littmark (ZBL) et de Morse.
REMARQUE : Dans un travailrécent 20, un potentiel interatomique pour les systèmes hydrogène–métal basé sur des calculs de la théorie de la fonction de la densité (DFT) a été développé.
- Point de contrôle de reproductibilité : Validez la puissance d’arrêt calculée des ions Sn dans l’hydrogène en comparant les courbes d’arrêt dépendantes de l’énergie avec les données de référence obtenues à partir de simulations SRIM et de jeux de données expérimentaux publiés.
REMARQUE : Ces données doivent être comparées à la Figure 6 de Feng et al.20.
- Combinez les sorties des sections 1 à 4 (réflectivité MLM, rendement de sputtering, profondeur d’implantation et puissance d’arrêt) pour estimer la durée relative de vie des miroirs multicouches Mo/Si sous exposition à des ions Sn.
REMARQUE : Des effets tels que l’évolution de la rugosité de surface, la géométrie du miroir et le lancer de rayons ne sont pas inclus dans le protocole actuel et doivent être intégrés dans de futures extensions.
- Appliquer le même flux de travail à des régimes de longueurs d’onde alternatives, comme la lithographie Blue-X, en ajustant en conséquence les constantes optiques et les distributions d’énergie des ions.
5. Formation et décomposition deSnH 4
REMARQUE : Une étude cinétique détaillée de la formation et de la décomposition deSnH 4 nécessite plusieurs sections efficaces et vitesses de réaction entre SnH et H. Auparavant, certaines ionisations par impact électronique et fragmentation de lastannane 21, des vitesses de réactionXH 4+H→XH3+H 2 et SnH4+SnH→Sn 2H3+H 2, SnH4+SnH→Sn 2H 522,23 ont été rapportées. Cependant, la formation en phase plasmatique deSnH 4, ainsi que les interactions et mécanismes de réaction avec divers matériaux, n’ont pas encore été pleinement caractérisés ou compris. Les études expérimentales sur la chimie de stannane et les voies de décomposition associées restent doncrares 12,24, soulignant la nécessité d’une investigation plus approfondie.
- Calculs DFT et TST : Utiliser la théorie de la fonction de la densité (DFT) en combinaison avec la théorie des états de transition (TST) implémentée dans la Gaussienne 16 pour calculer les vitesses de réaction manquées.
REMARQUE : Ces approches computationnelles permettent de calculer l’énergétique des réactions, les états de transition et les constantes de vitesse, fournissant une compréhension mécaniste détaillée de la formation des stannanes dans des conditions plasmatiques.
- Définissez les voies de réaction. Deux voies de réaction successives menant à la formation deSnH 4 sont incluses ici.
(1) Sn+H 2→SnH2
(2) SnH2+H 2→SnH 4
- Effectuez les calculs DFT et TST. Calculez les énergies de réaction, les états de transition et les constantes de vitesse (k) pour les deux réactions, avec les résultats présentés dans les figures 8 et 9. Résumez la thermodynamique des réactions dans les Tables 2 et 4 ainsi que les paramètres d’Arrhenius dans les Tables 3 et 5.
- Point de contrôle de sortie et de reproductibilité : Validez les constantes de vitesse de réaction calculées en reproduisant les courbes de vitesse dépendantes de la température montrées dans les figures 8 et 9, ou avec les valeursrapportées 22,23.
- Exportez les constantes de débit validées au format tabulabilisé ou lisible par machine (par exemple, CSV ou TXT) pour une utilisation directe comme paramètres d’entrée dans la modélisation cinétique ultérieure de la chimie du plasma Sn–H.

Figure 8. La vitesse de réaction et la barrière énergétique pour Sn+H 2→SnH2. Gauche : constantes de vitesse de réaction de Sn+H 2→SnH2 ; À droite : barrière énergétique pour les voies de réaction (tous les atomes gris représentent H, et les atomes bleus représentent Sn). Les calculs sont effectués par la Gaussienne 16. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
| Réaction | Produit | ΔH | ΔG | ΔE |
| Sn+H 2→SnH2 | SnH 2 | -24.71 | -19.13 | 17.87 |
Tableau 2 : Enthalpies de réaction (H), énergie libre de Gibbs (G) et barrières potentielles (E) (kcal/mol) pour les trois canaux de réaction à 298,15 K et 1 atm.
| Paramètres d’Arrhenius | Méthodes | Réactions |
| | Sn+H 2→SnH2 |
| A | TST | 2,50×10-13 |
| TST/Wigner | 1.13×10-13 |
| TST/Eckart | 1,45×10-29 |
| n | TST | 0.85 |
| TST/Wigner | 0.93 |
| TST/Eckart | 5.56 |
| Ea(kJ/mol) | TST | 68.99 |
| TST/Wigner | 65.3 |
| TST/Eckart | 30.4 |
| k(298K)(cm3 mol-1 sec-1) | TST | 2,72×10-23 |
| TST/Wigner | 8,94×10-23 |
| TST/Eckart | 1.03×10-21 |
Tableau 3 : Paramètres d’Arrhenius de la réactionSn+H 2→SnH2 dans la plage de température comprise entre 180 et 2000 K.

Figure 9. La vitesse de réaction et la barrière d’énergie pourSnH 2+H 2→SnH4. Gauche : constantes de vitesse de réaction deSnH 2+H2→SnH 4 ; À droite : barrière énergétique pour les voies de réaction (tous les atomes gris représentent H, et les atomes bleus représentent Sn). Les calculs sont effectués par la Gaussienne 16. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
| Réaction | Produit | ΔH | ΔG | ΔE |
| SnH 2+H 2→SnH4 | SnH 4 | -26.5 | -32.81 | 26.26 |
Tableau 4 : Enthalpies de réaction (H), énergie libre de Gibbs (G) et barrières potentielles (E) (kcal/mol) pour les trois canaux de réaction à 298,15 K et 1 atm.
| Paramètres d’Arrhenius | Méthodes | Réactions |
| | SnH 2+H 2→SnH4 |
| A | TST | 3.73×10-17 |
| TST/Wigner | 1.23×10-17 |
| TST/Eckart | 1.29×10-37 |
| n | TST | 1.55 |
| TST/Wigner | 1.67 |
| TST/Eckart | 7.5 |
| Ea(kJ/mol) | TST | 136.39 |
| TST/Wigner | 132.94 |
| TST/Eckart | 90.83 |
| k(298K)(cm3 mol-1 sec-1) | TST | 3.39×10-37 |
| TST/Wigner | 9.33×10-37 |
| TST/Eckart | 6,56×10-36 |
Tableau 5 : Paramètres d’Arrhenius de la réactionSnH 2+H 2→SnH4 dans la plage de température comprise entre 180 et 2 000 K.
6. Calcul de la fonction de distribution d’énergie électronique (EEDF)
REMARQUE : Équation de transport de Boltzmann
L’équation de Boltzmann pour un ensemble d’électrons dans un gaz ionisé est

Où f est la distribution des électrons dans l’espace des phases à six dimensions, v sont les coordonnées de vitesse, e est la charge élémentaire, m est la masse électronique (9,10956 × 10-31 kg), E est le champ électrique,
est l’opérateur gradient de vitesse, et C représente le taux de variation de f dû aux collisions.
- Exécutez le solveur BOLSIG+ en utilisant l’approximation à deux termes pour résoudre l’équation de transport de Boltzmann pour le plasmad’hydrogène 25.
- Étapes d’exécution : BOLSIG+ est une fenêtre graphique.
- Cliquez sur le bouton Lire les collisions comme montré à la Figure 10A pour lire les données de coupes efficaces deH2.
- Sélectionnez les paramètres de calcul dans le fichier « conditions » comme montré à la Figure 10B.
- Enfin, comme présenté à la Figure 10C, cliquez sur le bouton tracer EEDF pour dessiner l’image EEDF.
- Point de contrôle de sortie et de reproductibilité : Confirmez l’exécution réussie du solveur BOLSIG+ en générant la fonction de distribution d’énergie électronique (EEDF) pour le plasma hydrogène sur la plage spécifiée du champ électrique réduit (E/N). Vérifiez que l’EEDF est avec la Figure 11.
- Exportez les données finales EEDF sous forme de tabulation (par exemple, format ASCII ou CSV) pour une utilisation directe en entrée dans la modélisation cinétique de la chimie du plasma Sn–H.

Figure 10. L’interface graphique du logiciel BOLSIG+. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
7. Modélisation cinétique de la chimie du plasma Sn–H
- Importez les paramètres plasmatiques à partir de simulations PIC. Extraire les paramètres du plasma, y compris la densité électronique et la température du plasma, à partir de simulations de fluides. Utilisez ces paramètres comme conditions initiales pour les simulations PIC afin d’obtenir les distributions spatio-temporelles et les spectres d’énergie des ions Sn.
- Effectuez des simulations cinétiques. Résoudre les équations de taux couplés pour Sn,SnH x et les intermédiaires associés en utilisant les distributions d’énergie ionique dérivées du PIC et les vitesses de réaction dérivées de DFT/TST comme entrées. Suivre l’évolution temporelle des densités d’espèces sous des conditions de plasma hydrogène pertinentes pour le fonctionnement de la source EUV.
- Associez les sorties cinétiques aux modèles d’interaction de surface. Combinez les résultats cinétiques avec les distributions de puissance d’arrêt, de rendement par sputtering et de profondeur d’implantation obtenues dans les sections 2 à 4. Utilisez ces sorties couplées pour évaluer les mécanismes de dégradation et estimer la durée de vie effective des MLM Mo/Si.